軟管式散熱裝置的製作方法

2023-07-16 06:20:51

專利名稱：軟管式散熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型有關一種軟管式散熱裝置(heat sink)。
傳統的散熱裝置，例如一種應用於電腦的中央處理器(CPU)的散熱片，如

圖1所示。由於產業技術的迅速發展，電子元件的發熱量將愈來愈高而尺寸卻會愈來愈小，為了將此密集熱量有效散發於系統外的環境，以維持元件於許可溫度範圍內工作，通常以具有較大面積的底座22的散熱片20附設於發熱的電子元件10表面上，來增加其總體散熱面積以提高散熱效果。散熱的方式通常為空氣自然對流冷卻，或以風扇進行空氣強制對流冷卻。
此時散熱片的散熱量、熱阻及溫差關係可由下列公式(李瑟夫著的「在散熱裝置中的分散熱阻計算」，電子學冷卻，第4卷，第1號，1998)表示為其中q=TR0+Rc=Tb,max-TairRt---(1)]]>Rc=Ap-AskApAskApR0+tanh(t)1+kApR0tanh(t)---(2)]]>=2/3Ap+1As---(3)]]>方程式中ΔT為散熱片底座22的最高溫度Lb，max與環境溫度Tair的差，R0為散熱片20的平均熱阻，其為整體散熱片底座均勻受熱時的熱阻。Rc為散熱片的收縮熱阻(constriction resistance)，或稱為分散熱阻(spreading resistance)，即熱流束由熱源區域沿散熱片底座橫向傳遞至邊緣的熱阻，散熱片總熱阻Rt愈小，其散熱性能愈佳，底座溫度Tb，max及電子元件表面溫度也愈低。此外，Ap為散熱片底座面積，As為熱源面積，k為散熱片底座的熱傳導率。因此當散熱片底座面積Ap大於熱源面積As時，分散熱阻所佔總熱阻的比例隨Ap/As增加而增加。分散熱阻愈大代表熱量較集中於散熱片熱源區域，散熱片的使用率低，散熱片底座的最高溫度Lb，max較高且溫度梯度也較大。分散熱阻愈小則代表熱量較分散於散熱片底座，散熱片的使用效率高，散熱片底座的最高溫度Tb，max因而較低且溫度梯度也較小。由公式(2)可知分散熱阻Rc隨散片底座面積與熱源面積比值Ap/As增加而增加，且隨散熱片底座的熱傳導率k或底座高度t的增加而減小。當電子元件散熱需求增加，必須採用較大底座散熱片以增加散熱時(即維持散熱片底座最高溫度Tb，max於許可範圍內)，為彌補散熱片分散熱阻增大的缺點，由公式(1)可知，必須設法降低散熱片的平均熱阻。其方式有提高冷卻空氣的流速或增加更多的散熱片，抑或降低冷卻空氣的溫度Tair以提高冷卻動力(driving force)，而加大散熱片底座高度t或改用較高熱傳導率材質(如鋁改為銅)亦可減小分散熱阻。縱觀這些彌補措施將增加噪音、重量、成本及系統複雜度等，且效果有限，並非是很有效的解決方式。
而應用於例如筆記本式電腦中央處理器(CPU)的電子元件的散熱裝置有的採用熱管(heat pipe)原理的設計。一般這種微熱管散熱器是利用低壓和虹吸原理製作成，因而受到管徑及散發熱量的限制。
有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種可有效吸取發熱源的熱量並具有有較佳散熱能力的散熱裝置。
根據上述本實用新型的上述目的，本實用新型提供一種軟管式散熱裝置，它至少包括一吸熱器、至少一可彎折的軟管及一散熱頭；其中，吸熱器用與發熱源直接接觸，為一高導熱的第一金屬導體構成的一封閉一容器，內部填充一遇熱能產生相變化的熱傳流體，藉由金屬導體傳導發熱源的熱量，而由流體吸收熱量；可彎折的軟管與吸熱器相連接，內部填充汽化的流體；散熱頭為一高導熱的第二金屬導體所構成，設於軟管的末端，使汽化的流體散熱凝結成液態而因位能差流回吸熱器循環使用。
上述的高導熱第一金屬導體和第二金屬導體可採用鋁，填充封閉容器內的流體可為純水，以及吸熱器與散熱頭外表面可形成具有鰭片的結構以增加散熱面積。軟管散熱裝置設計成一個吸熱器對應多個散熱頭。
採用本實用新型的軟管式散熱裝置，可利用吸熱器吸取發熱源的熱量，使內部填充液態流體汽化後流入延伸的軟管內，通過設置於軟管末端的散熱頭散熱，凝結後利用位能差流回散熱部循環使用；由於本實用新型的軟管式散熱裝置的軟管制作得非常粗，可使散熱液體大幅度增加，換句話說可比傳統的熱管散熱能力大大提高，有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種可有效吸取發熱源的熱量並具有較佳散熱能力的散熱裝置。因此能提供較佳的散熱能力，將發熱源的熱量有效地散至一大氣環境中，同時因為採用軟管的設計，散熱位置非常好安排(因軟管可任意彎折)，製造也較為容易。
為使本實用新型的上述和其他的目的、特點和優點能更明顯易懂，下面通過一較佳實施例並配合附圖對本實用新型作詳細說明。
圖1是示出的一種傳統的提供電子元件散熱的散熱片的平面視圖，圖2是示出本實用新型的軟管式散熱裝置的立體示意圖；以及圖3是示出圖2的軟管式散熱裝置設置於一筆記本式電腦的示意圖。
請參照圖2，其為本實用新型軟管式散熱裝置的立體示意圖。如圖所示，本實用新型散熱裝置30包括一吸熱器32、一軟管34以及一散熱頭36。在示意圖上，吸熱器32可對應於傳統散熱片的底座的部份，但其結構及其所能實現的功能卻與傳統的大不相同。雖然吸熱器32同傳統的散熱片底座一樣，是採用與電子元件10等發熱源直接接觸的金屬導體，但這是一高導熱的金屬導體所構成的封閉容器，其內部的空間填充著遇熱能產生相變化的熱傳流體，例如為純水、丙酮或甲醇等，但若考虛到工作流體與吸熱器32材質間的匹配性(例如是否會產生化學反應)，較理想的工作流體應選擇純水。吸熱器32主要能實現由封閉容器外圍的金屬導體傳導電子元件10所產生的熱量，而由內部的流體吸收熱量，於是電子元件10所散發出的熱，都均勻地由封閉容器內的流體所吸收，而流體吸收了大量的熱量將汽化形成蒸汽，通過吸熱器32上連接出的軟管34，便填充於軟管34管內，最後，由於軟管34系延伸曝露於外界環境中，外界空氣的自然或強制對流，便能使汽化的流體在散熱頭36的位置放熱凝結，而凝結的液態流體因散熱頭36的位置較吸熱部32的位置來得高所形成的位能差，使液態的流體自動流回吸熱器32內。如此循環不斷，吸熱器32吸收熱量，其內部的工作流體汽化，經軟管34輸送，由散熱頭36將熱散發至外界，達到高效率的元件散熱效果。
由於散熱裝置採用軟管34的設計，軟管34具可撓性易於彎折，因此裝置的位置非常好安排，如圖3所示，本實用新型散熱裝置30設於一筆記本式電腦40中，可採用多個軟管34，34』，如此可增加散熱的能力，而且配合筆記本式電腦40原有的元件布局，軟管34配置可加以彎折而充分利用電腦間未佔用的空間，再者，通過軟管34可將熱量傳導到較易散熱處，而不會過於集中在發熱源區域散熱，這樣一來，軟管34導引的路徑可任意安排，通過設置在軟管34的頂端的散熱頭36設計成具高效率的吸熱元件，使熱量由散熱頭36大量散出，以提高散熱的效果。
上述吸熱器32與散熱頭36採用高導熱的金屬，主要是利用其導熱係數高的特性，使熱量快速向外傳導，因此一般可選用具有高導熱係數的金屬如鋁，鋁的價格過高，所以也可選用如銅的金屬。本實用新型的吸熱器32主要是利用金屬平板的高導熱金屬，通過熱傳導由內部填充的流體所吸收，但在實際的散熱過程中，外界自然或強制對流的冷空氣也有冷卻吸熱器32的作用，因此，為增加散熱的效果，吸熱器32封閉容器表面可形成具有鰭片結構的突起，使其表面積增加以增加散熱效能。同理，散熱頭36外表面也可形成具鰭片結構的突起，使其表面積增加以增加散熱效能。
雖然本實用新型已以舉例方式通過對一較佳實施例的描述進行具體說明，然後該實施例並非用以限定本實用新型，任何熟悉本技術領域的人，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，還可作種種的變動與修改，因此本實用新型的保護範圍應以權利要求所揭示的內容為根據。
權利要求1.一種軟管式散熱裝置，其特徵在於，它至少包括一吸熱器，與該發熱源直接接觸，為一高導熱的第一金屬導體構成的封閉容器，其內部填充一遇熱能產生相變化的熱傳流體，藉助該金屬導體傳導該發熱源的熱量，而由該流體吸收該熱量；至少一可彎折的軟管，與該吸熱器相連接，內部填充汽化的該流體；以及一散熱頭，為一高導熱的第二金屬導體所構成並設置於該軟管的未端，使汽化的該流體散熱凝結成液態，而利用位能差流回該吸熱器循環使用。
2.如權利要求1所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該發熱源為一電子元件。
3.如權利要求2所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該發熱源為一筆記本式電腦的中央處理器(CPU)。
4.如權利要求1所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該第一金屬導體為鋁。
5.如權利要求1所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該吸熱器外表面上形成具有鰭片結構以增加熱散面積。
6.如權利要求14所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該流體為純水。
7.如權利要求1所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該第二金屬導體為鋁。
8.如權利要求1所述的軟管式散熱裝置，其特徵在於，該散熱頭外表面上形成具有鰭片結構以增加熱散面積。
專利摘要本實用新型揭示一種軟管式散熱裝置,主要用於將散熱面積小的發熱源,通過一吸熱器迅速且均勻地導引熱量,由連接至吸熱器的多個軟管傳輸熱量,再由設置於軟管末端的散熱頭散熱;吸熱器內部填充有遇熱能產生相變化的熱傳流體,吸熱後汽化流至軟管,通過散熱頭將熱散出,使熱傳流體凝結成液態,利用位能差流回吸熱器循環使用;利用軟管的可撓性,可將熱帶離發熱區散熱,增加散熱效率,並且可彎折軟管也容易配合主體元件的布局來裝配。
文檔編號G06F1/20GK2479562SQ0026868
公開日2002年2月27日 申請日期2000年12月22日 優先權日2000年12月22日
發明者朱百鍊, 廖梅華 申請人:神基科技股份有限公司